KR100344804B1 - 가방형의 개인용 냉난방장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉난방장치에 관한 것으로, 휴대가 용이하며, 사용자 개인의 주변 공간에 개별적으로 신선한 냉방 및 난방용 기류를 제공할 수 있도록 된 것이다.

이를 위해 본 발명은, 가방형의 케이스와, 상기 케이스 내부를 상부구획실과 하부구획실로 구획하는 수평분할벽과, 그의 일측면이 상기 상부구획실에 위치하고 그의 반대쪽 면이 상기 하부구획실에 위치하도록 상기 상부구획실과 하부구획실 사이의 수평분할벽에 설치되어, 전기력에 의해 일측면에서 열을 흡수하여 타측면으로 열을 방출하도록 된 열전모듈과, 상기 상부구획실과 하부구획실 각각에 설치되어 각 구획실로 외부의 공기를 흡입하여 배출시키는 흡입수단과, 상기 각 흡입수단들을 구동시키기 위한 구동수단과, 상기 상부구획실에 개방되게 형성되어 외부의 공기가 유입 및 배출되도록 된 유입구 및 배출구와, 상기 하부구획실에 개방되게 형성되어 외부의 공기가 유입 및 배출되도록 된 유입구 및 배출구를 포함하여 이루어진 가방형의 개인용 냉난방장치를 제공한다.

Description

가방형의 개인용 냉난방장치{A suitcase type air-conditioner for cooling and heating the personal environment}

본 발명은 냉난방장치에 관한 것으로, 특히 휴대가능하며, 사용자 개인의 주변 공간에 개별적으로 신선한 냉방 및 난방용 기류를 제공할 수 있도록 된 가방형의 개인용 냉난방장치에 관한 것이다.

일반적으로, 냉난방장치는 주거공간, 상업적 공간, 또는 사무실 등의 실내 공간을 냉방 및 난방시키기 위한 장치로서, 이러한 냉난방장치의 구성 및 작동을 첨부된 도면의 도 1을 참조로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 압축기(1)에서 고온고압으로 압축된 냉매가스는 제 1열교환기(2)로 보내어지고, 이 제 1열교환기(2)에서는 일측에 설치된 송풍팬(3)에 의해 송풍된 외부의 공기에 의해 냉매가스가 응축열을 방출하여 액화되면서 응축작용이 일어나게 된다.

이 때, 상기 제 1열교환기(2)를 통과한 뜨거운 공기는 실외로 배출된다.

이와 같이 제 1열교환기(2)에서 응축된 냉매는 팽창밸브(4)를 지나면서 교축되어 증발하기 쉬운 압력으로 감압되어 제 2열교환기(5)로 보내어지고, 이 제 2열교환기(5)에서는 일측에 설치된 송풍팬(6)에 의해 송풍된 외부의 공기에 의해 냉매액이 증발하면서 외부의 열을 흡수하게 된다.

이에 따라 상기 제 2열교환기(5)를 지나면서 열을 빼앗긴 냉각공기는 실내로 배출되어 실내를 냉방시키게 되며, 상기 증발된 냉매는 저온저압의 가스로 되어 상기 압축기(1)로 보내어져 상기와 같은 과정을 반복하게 된다.

한편, 상기와 같은 냉난방장치로 실내를 난방하고자 하는 경우에는 냉매를 역으로 순환시키면 되는데, 이 경우에는 상기 제 2열교환기(5)는 응축기로서 작용하여 따뜻한 공기가 실내로 유입되게 되고, 반대로 상기 제 1열교환기(2)는 증발기로서 작용하여 차가운 공기가 실외로 배출되게 된다.

그러나, 상기와 같은 종래의 일반적인 냉난방장치들은 실내 공간 전체를 냉방 또는 난방하도록 되어 있기 때문에, 냉난방장치와 멀리 떨어진 지역에서는 냉난방효과가 잘 전달되지 않으며, 실내에 있는 모든 사람들의 개별적인 성향을 모두 만족할 수가 없을 뿐만 아니라, 냉난방에 필요한 공기조화량도 비효율적인 문제점이 있었다.

즉, 생리학적으로 인간의 호흡량은 1인당 0.133 ℓ/s이지만, 일반적인 냉난방장치에서 공급되는 표준 공기조화량은 1인당 10ℓ/s로, 인간에게 실제로 필요한 양은 전체 공기조화량의 약 1%정도에 불과한 것으로 알려져 있다.

또한, 상기와 같은 종래의 냉난방장치는 부피가 크고 무거운 고정식으로 되어 휴대가 불가능하도록 되어있는 바, 특히 사람이 냉난방장치가 설치된 실내를 벗어나 냉난방장치가 설치되지 않은 다른 장소로 이동하여 작업을 해야 하는 경우에는 냉난방을 전혀 기대할 수 없다는 문제점도 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 냉방장치를 소형의 가방과 같은 케이스 내에 구현함으로써 노트북 컴퓨터와 같은 장치들을 장착하여 개인이 휴대하면서 사용할 수 있으며, 냉방장치를 이용하는 사용자에게 개별적으로 쾌적한 냉난방 공기를 제공할 수 있도록 된 가방형의 개인용 냉난방장치를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 냉방장치의 구성을 나타낸 개략적인 구성도

도 2는 노트북 컴퓨터를 수납할 수 있도록 된 본 발명에 따른 가방형 냉난방장치의 정면 사시도로, 냉난방장치의 덮개가 개방된 상태에서의 도면이다.

도 3은 도 2의 냉난방장치의 내부구성을 개략적으로 나타낸 요부 횡단면도

도 4는 도 2의 냉난방장치의 정면에서 본 요부 종단면도

도 5는 도 2의 냉난방장치에 사용되는 열전모듈의 구성 및 작동을 나타낸 구성도

도면의 주요부분에 대한 설명

100 - 케이스 200 - 상부덮개

110a, 110b - 상부구획실 111a, 111b - 측면유입구

112a, 112b - 배출구 113a, 113b - 축류팬

114a, 114b - 가이드 115a, 115b - 풍향가이드

116a, 116b - 필터 120 - 하부구획실

121 - 전방유입구 122 - 후방배출구

123 - 직교류팬 130 - 열전모듈

140 - 수평분할벽 150 - 수직분할벽

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 가방형의 케이스와, 상기 케이스 내부를 상부구획실과 하부구획실로 구획하는 수평분할벽과, 그의 일측면이 상기 상부구획실에 위치하고 그의 반대쪽 면이 상기 하부구획실에 위치하도록 상기 상부구획실과 하부구획실 사이의 수평분할벽에 설치되어, 전기력에 의해 일측면에서 열을 흡수하여 타측면으로 열을 방출하도록 된 열전모듈과, 상기 상부구획실과 하부구획실 각각에 설치되어 각 구획실로 외부의 공기를 흡입하여 배출시키는 흡입수단과, 상기 각 흡입수단들을 구동시키기 위한 구동수단과, 상기 상부구획실에 개방되게 형성되어 외부의 공기가 유입 및 배출되도록 된 유입구 및 배출구와, 상기 하부구획실에 개방되게 형성되어 외부의 공기가 유입 및 배출되도록 된 유입구 및 배출구를 포함하여 이루어진 가방형의 개인용 냉난방장치를 제공한다.

이하, 첨부된 도면을 이용하여 본 발명의 개인용 냉난방장치의 일 실시예를 상세히 설명한다.

도 2 내지 도 4는 노트북 컴퓨터(300)를 장착하여 사용할 수 있도록 노트북 컴퓨터용 케이스로 된 본 발명의 개인용 냉난방장치를 나타낸 것으로, 가방형의 케이스(100) 상부에는 후방부에 장착된 힌지(210)를 매개로 선회가능하게 되어 상기 케이스(100)에 대해 접었다 폈다 할 수 있도록 된 상부덮개(200)가 장착되는 한편, 상기 케이스(100)의 내부는 수평분할벽(140)에 의해 상부에 형성되는 상부구획실(110a, 110b)과 이 상부구획실(110a, 110b) 하부의 하부구획실(120)로 구획되며, 상기 상부구획실(110a, 110b)은 다시 그 중심부에 수직하게 형성된 수직분할벽(150)에 의해 좌우로 분할되게 구획된다.

이하, 이해를 돕기 위해 도면상 좌측에 구획된 상부구획실을 좌측 상부구획실(110a)로, 도면상 우측에 구획된 상부구획실을 우측 상부구획실(110b)로 명하여 설명한다.

한편, 상기 수평분할벽(140)에는 이 수평분할벽(140)을 관통하는 형태로 열전모듈(130; thermoelectric module)이 장착되는데, 즉, 상기 열전모듈(130)은 그 일측면이 상기 각 상부구획실(110a, 110b) 상에 위치하고, 그 반대쪽 면이 상기 하부구획실(120)에 위치하게 되도록 장착되어, 상기 상부구획실(110a, 110b) 쪽에서 하부구획실(120) 쪽으로, 혹은 그 반대인 하부구획실(120) 쪽에서 상부구획실(110a, 110b) 쪽으로 열을 흡수하여 방출하게 된다. 상기 열전모듈(130)의 구성 및 작동에 대해서는 아래에 상세히 설명하기로 한다.

그리고, 상기 좌측 상부구획실(110a)과 우측 상부구획실(110b)의 각각의 외측면에는 공기가 유입되는 측면유입구(111a ,111b)가 각각 형성되고, 상기 각 상부구획실(110a, 110b)의 상부면 측부에는 상기 측면유입구(111a ,111b)를 통해 유입된 공기가 배출되는 배출구(112a, 112b)가 형성되어 케이스(100) 위쪽으로 신선한공기가 토출되도록 되어 있고, 상기 배출구(112a, 112b)의 외측부에는 토출되는 공기가 사용자 쪽으로 향할 수 있도록 상하 및 좌우로 조절가능하도록 된 풍향가이드(115a, 115b)가 설치된다.

상기 각 측면유입구(111a ,111b) 내측에는 이 측면유입구(111a ,111b)를 통해 외부의 공기를 강제로 흡입하기 위한 흡입수단으로서 축류팬(113a, 113b) 및, 이들 각 축류팬(113a, 113b)을 구동시키기 위한 구동모터(미도시)가 장착된다.

또한, 상기 하부구획실(120)의 전방면에도 공기가 유입되는 전방유입구(121)가 형성되고, 그 후방면에는 상기 전방유입구(121)를 통해 유입된 공기가 배출되는 후방배출구(122)가 형성되며, 상기 후방배출구(122)의 전방에는 상기 전방유입구(121)를 통해 외부의 공기를 강제로 흡입하기 위한 흡입수단으로서 직교류팬(123; crossflow fan) 및 이 직교류팬(123)을 구동시키기 위한 구동모터(미도시)가 장착되어 있다.

그리고, 상기 좌측 상부구획실(110a)과 우측 상부구획실(110b)에는 상기 측면유입구(111a ,111b)들을 통해 유입된 공기를 상기 배출구(112a, 112b) 쪽으로 안내하기 위한 가이드(114a, 114b)가 형성되고, 상기 각 상부구획실(110a, 110b)의 각 측면유입구(111a ,111b) 및 상기 하부구획실(120)의 전방유입구(121)에는 유입되는 공기로부터 오염물을 제거하여 장치 내로 흡입하기 위한 필터(116a, 116b)가 장착된다.

한편, 본 발명의 개인용 냉난방장치는, 상기 상부구획실(110a, 110b)의 배출구(112a, 112b)로 토출되는 공기의 온도가 인간에게 가장 쾌적함을 주는 온도인 약20℃ 내지 약 23℃로 정확하게 제어될 수 있도록 되어 있는데, 이는 냉각 및 난방수단으로서 온도조절이 정확하게 이루어질 수 있는 열전모듈(thermoelectric module)을 사용함으로써 가능하게 된다.

또한, 본 발명은 상기 열전모듈(130)에 연결되는 전극을 전환시킴으로써, 흡열부와 방열부가 서로 전환되어, 간단하게 냉방기능에서 난방기능으로 전환될 수 있도록 되어 있다.

참고로, 상기와 같은 기능을 하는 열전모듈(130)의 작동원리와 구성 및 특성에 대해 설명하면 다음과 같다.

일반적으로, 열전모듈은 고상의 히트펌프로서의 기능을 하는 반도체 물질에 기초한 전기적인 구성요소로서, 서로 다른 두 물질을 직렬로 연결한 결합부에 전류를 흐르게 하면 두 물질의 접점에서 열을 방출하거나 흡수하는 펠티에 효과(Peltier Effect)를 이용한 것으로, 이 때 방출되는 열에너지는 전류의 크기에 비례한다.

이러한 원리를 이용한 본 발명의 냉난방장치에 이용되는 열전모듈(130)은, 도 5에 도시된 바와 같이, 열을 흡수하여 냉각시키고자 하는 물체(Tc)와 접하도록 형성된 상부 세라믹판(131)과, 열을 방출하기 위한 물체(Th)와 접하도록 형성된 하부 세라믹판(132)과, 상기 상부 세라믹판(131)과 하부 세라믹판(132) 사이를 연결하도록 교대로 배열된 p형반도체(134) 및 n형반도체(135)와, 상기 p형반도체(134) 및 n형반도체(135)를 전기적으로 교차연결시킴과 더불어 p형반도체(134) 및 n형반도체(135)의 양단을 상기 상부 세라믹판(131)과 하부 세라믹판(132)에 연결시키는매개체로서의 역할을 하는 구리 등으로 된 전기적 교차연결층(133)으로 이루어지고, 상기 교차연결층(133)은 직류전원(P)에 연결되어 상기 p형반도체(134) 및 n형반도체(135)를 통해 전류가 흐르도록 되어 있다.

따라서, 상기와 같이 구성된 열전모듈(130)을 이용하여 물체(Tc)를 냉각 또는 가열시키기 위해 사용자가 전원을 인가하면, 전류(i)가 상기 교차연결층(133)에 의해 연결된 n형반도체(135) 및 p형반도체(134)를 따라 교대로 흐르게 되고, 이에 따라 n형반도체(135)에서는 전류(i)의 방향과 반대방향으로 전자(-)가 이동하는 한편, p형반도체(134)에서는 전류의 흐름방향으로 정공(+)이 이동하게 된다.

즉, 상기 n형반도체(135) 및 p형반도체(134)를 통해 각각 전자(-) 및 정공(+)이 상부 세라믹판(131)에서부터 하부 세라믹판(132) 쪽으로 이동하게 되고, 이에 따라 상부 세라믹판(131)은 열을 흡수하여 하부 세라믹판(132)으로 방출시키게 되므로, 상기 상부 세라믹판(131)이 흡열부로 작용하여 이 상부 세라믹판(131)과 접해있는 물체(Tc)는 냉각되고, 상기 하부 세라믹판(132)은 방열부로서 작용하여 상기 하부 세라믹판(132)과 접해있는 물체(Th)는 가열되게 된다.

또한, 상기 열전모듈(130)에 연결된 전기의 극성을 전환시켜 전류의 방향을 전환시키면, 즉, 전원(P)의 양극(+)과 음극(-)에 연결된 부분을 서로 바꿔주면, 앞에서 설명한 현상과는 반대로 하부 세라믹판(132)에서부터 상부 세라믹판(131) 쪽으로 열이 방출되어 흡열부와 방열부가 전환되는 한편, 공급되는 전류의 크기를 변화시킴으로써 흡열 및 방열되는 열에너지의 크기가 변화될 수 있음은 이해 가능할 것이다.

한편, 상기 열전모듈은 다음과 같은 특성을 갖는다.

첫째, 정확한 온도제어가 가능한데, 이는 흡열 및 방열되는 열에너지의 크기가 공급되는 전류의 크기에 비례하기 때문이다.

둘째, 운동을 일으키는 기계적인 요소를 사용하지 않으므로 소음 및 진동이 없다.

세째, 소형이고 가볍다.

네째, 국지적인 냉난방이 가능하다.

다섯째, CFC가스 또는 어떠한 냉매도 사용하지 않으므로 환경친화적이다.

여섯째, 전류방향에 따라 가열 및 냉각이 결정된다.

이하, 상기와 같이 구성된 냉난방장치의 작동에 대해 설명한다.

사용자가 노트북 컴퓨터(300)를 사용하면서 주변을 냉방시키기 위해 전원을 인가하면, 상기 케이스(100) 내에서 전원에 연결된 열전모듈(130)의 상부 세라믹판(131)이 흡열부로 되고,하부 세라믹판(132)은 방열부로 된다.

이어서, 상기 좌,우측 상부구획실(110a, 110b)의 축류팬(113a, 113b)에 의해 측면유입구(111a ,111b)를 통해서 좌,우측 상부구획실(110a, 110b)내로 외부의 공기가 유입되고, 유입된 공기는 상기 열전모듈(130)의 상부 세라믹판(131)의 흡열작용에 의해 열이 흡수되어 냉각된 상태로 가이드(114a, 114b)의 안내를 받으면서 배출구(112a, 112b)를 통해 배출된다.

이 때, 상기 하부구획실(120)에서는 직교류팬(123)에 의해 전방유입구(121)를 통해 외부의 공기가 유입되고, 이 유입된 공기는 상기 열전모듈(130)의 하부 세라믹판(132)의 방열작용에 의해 가열된 후, 상기 하부구획실(120)의 후방에 형성된 후방배출구(122)를 통해 사용자 반대쪽으로 배출되게 된다.

한편, 사용자가 개인의 주변을 난방하기 위해 상기 냉난방장치를 난방작동시키고자 하는 경우에는, 상기 열전모듈(130)에 연결된 전극을 전환시켜 상기 상부 세라믹판(131)을 방열부로 전환시키고 상기 하부 세라믹판(132)을 흡열부로 전환시킴으로써, 상기 좌,우측 상부구획실(110a, 110b)로 유입된 공기를 가열하여 배출시키고, 상기 하부구획실(120)로 유입된 공기는 냉각하여 배출함으로써 난방작동이 이루어지게 된다.

상기와 같은 냉난방작동에 의해 사용자는 노트북 컴퓨터 등을 사용하면서 개인의 주변을 개별적으로 냉난방 조절할 수 있게 되는 것이다.

한편, 본 발명은 앞에서 설명한 실시예에 국한되지 아니하며, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경 및 실시가 가능하다.

예컨대, 전술한 실시예에서는 상부구획실(110a, 110b)이 수직분할벽(150)에 의해 좌우로 분할되도록 구획되어 있는데, 이는 상기 각 축류팬(113a, 113b)이 배출구(112a, 112b) 쪽에 설치되지 않고 측면유입구(111a ,111b)에 설치됨으로써 양 측면에서 유입된 공기가 서로 섞여 상부구획실(110a, 110b) 내에서 공기유동특성이 저하되어, 상기 배출구(112a, 112b)를 통해 배출되는 기류가 불균일하게 되는 것을 방지하기 위한 것으로, 만일 상기 축류팬(113a, 113b)들을 각 배출구(112a, 112b) 쪽에 설치한다면 상기 상부구획실(110a, 110b)을 2부분으로 분할하기 위한 분할벽은 필요치 않게 된다.

또한, 상기 상부구획실(110a, 110b) 및 하부구획실(120)로 공기를 유입하기 위한 흡입수단으로서 각각 축류팬(113a, 113b)과 직교류팬(123)을 사용하였으나, 사용자의 필요에 따라 다양한 흡입수단이 사용될 수도 있을 것이다.

이상에서와 같이 본 발명에 따르면, 가방형의 케이스에 냉난방장치를 구현할 수 있게 되므로, 휴대가 용이하고, 사용자 개인의 책상 등 사용자가 원하는 장소에 설치하여 사용할 수 있으며, 사용자의 성향 등에 따라 사용자 주위의 공간만을 집중적으로 냉난방시킬 수 있기 때문에 사용자의 만족성이 향상된다.

또한, 본 발명 냉난방장치에서 이용되는 열전모듈은 정확한 온도의 제어가 가능한 이점이 있는바, 사용자는 냉난방장치의 토출되는 냉기 또는 온기를 원하는 상태로 정확하게 제어할 수가 있다.

또한, 본 발명 냉난방장치는 소음 및 진동이 없으며, 열전모듈에 연결된 전극을 전환시키는 조작으로 간단히 냉방에서 난방으로, 혹은 난방에서 냉방으로 전환이 용이하게 이루어진다.

아울러, 가방형의 케이스 내에서 노트북 컴퓨터와 같은 장치들을 장착하여 사용할 수 있기 때문에, 이들 장치들을 보호하거나 주변장치들을 내장시킬 수도 있는 부가적인 효과도 있다.

Claims (4)

1. 가방형의 케이스와,

   상기 케이스 내부에 설치되어 상기 케이스 내부를 상부구획실과 하부구획실로 구획하는 수평분할벽과,

   상기 케이스 내부에 설치되어 상기 상부구획실의 공간을 좌우로 분할하는 수직분할벽과,

   일측면이 상기 상부구획실에 위치하고, 그의 반대쪽 면이 상기 하부구획실에 위치하도록 상기 상부구획실과 하부구획실 사이의 수평분할벽에 설치되어, 전기력에 의해 일측면에서 열을 흡수하여 타측면으로 열을 방출하도록 된 열전모듈과,

   상기 상부구획실이 위치되는 케이스의 양측면 및 하부구획실이 위치되는 케이스의 전면에 각각 형성되어 외부의 공기가 유입되는 유입구와,

   상기 상부구획실이 위치되는 케이스의 상면 및 하부구획실이 위치되는 케이스의 하면에 각각 형성되어 각 구획실 내부에서 열교환된 공기가 배출되는 배출구와,

   상기 상부구획실과 하부구획실에 각각 설치되어 각 구획실로 외부의 공기를 강제 흡입하여 배출시키는 흡입수단과,

   상기 각 흡입수단들을 구동시키기 위한 구동수단과,

   상기 상부구획실에 설치되어 각 유입구를 통해 유입된 공기를 배출구쪽으로 안내하기 위한 가이드를 포함하여 이루어진 가방형의 개인용 냉난방장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서, 상기 상부구획실과 하부구획실의 각 유입구 또는 배출구에 공기로부터 오염물을 걸러내기 위한 여과수단이 장착된 것을 특징으로 하는 가방형의 개인용 냉난방장치.